Resplandor misterioso de la Vía Láctea probablemente no es materia oscura
Por Manuel Gnida Mayo/02 de 2017
Un fulgor misterioso de rayos gamma en el centro de la Vía Láctea es muy probablemente causado por púlsares, los núcleos increíblemente densos y rápidamente giratorios de estrellas antiguas derrumbadas que eran hasta 30 veces más masivas que el sol.
Esa es la conclusión de un nuevo análisis de un equipo internacional de astrofísicos sobre la colaboración de Fermi LAT. Los resultados ponen en duda las interpretaciones anteriores de la señal como un signo potencial de la materia oscura, una forma de materia que representa el 85 por ciento de toda la materia en el universo, pero que hasta ahora ha evitado la detección.
“Nuestro estudio demuestra que no necesitamos materia oscura para entender las emisiones de rayos gamma de nuestra galaxia", dice Mattia Di Mauro, del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas, un instituto conjunto de la Universidad de Stanford y el Departamento de Energía de EE.UU. SLAC Laboratorio Nacional de Aceleradores. “En cambio, hemos identificado una población de púlsares en la región alrededor del centro galáctico, que arroja nueva luz sobre la historia de formación de la Vía Láctea".
Di Mauro dirigió el análisis, que observó el resplandor con el Telescopio de Área Grande en el Telescopio Espacial de Rayos Gamma de la NASA, que ha estado orbitando la Tierra desde 2008. El LAT, un "ojo" sensible para los rayos gamma, la forma más enérgica de , Fue concebido y montado en SLAC, que también alberga su centro de operaciones.
Los hallazgos de la colaboración, presentados a The Astrophysical Journal para su publicación, están disponibles como preprint.
Un resplandor misterioso
La materia oscura es uno de los misterios más grandes de la física moderna. Los investigadores saben que la materia oscura existe porque dobla la luz de galaxias distantes y afecta cómo las galaxias giran. Pero no saben de qué está hecha la sustancia. La mayoría de los científicos creen que está compuesta de partículas aún no descubiertas que casi nunca interactúan con la materia regular, excepto por la gravedad, por lo que es muy difícil detectarlos.
Una forma en que los instrumentos científicos pueden captar una visión de las partículas de materia oscura es cuando las partículas se desintegran o chocan y se destruyen entre sí. “Las teorías ampliamente estudiadas predicen que estos procesos producirían rayos gamma", dijo Seth Digel, jefe del grupo Fermi de KIPAC. "Buscamos esta radiación con el LAT en regiones del universo que son ricas en materia oscura, como el centro de nuestra galaxia".
Estudios previos han demostrado que hay más rayos gamma procedentes del centro galáctico de lo esperado, alimentando algunos artículos científicos e informes de los medios de comunicación que sugieren que la señal podría sugerir partículas de materia oscura largamente buscadas. Sin embargo, los rayos gamma se producen en un número de otros procesos cósmicos, que deben ser descartados antes de cualquier conclusión sobre la materia oscura se puede dibujar. Esto es particularmente difícil porque el centro galáctico es extremadamente complejo y los astrofísicos no conocen todos los detalles de lo que está sucediendo en esa región.
La mayoría de los rayos gamma de la Vía Láctea se originan en el gas entre las estrellas iluminado por los rayos cósmicos, partículas cargadas producidas en poderosas explosiones de estrellas llamadas supernovas. Esto crea un brillo difuso de rayos gamma que se extiende por toda la galaxia. Los rayos gamma también son producidos por restos de supernova, púlsares-estrellas colapsadas que emiten "rayos" de rayos gamma como faros cósmicos-y objetos más exóticos que aparecen como puntos de luz.
"Dos estudios recientes realizados por equipos en los Estados Unidos y los Países Bajos han demostrado que el exceso de rayos gamma en el centro galáctico está manchado, no liso como se esperaría para una señal de materia oscura", dijo Eric Charles de KIPAC, que contribuyó a la nueva análisis. “Esos resultados sugieren que las manchas pueden ser debidas a fuentes puntuales que no podemos ver como fuentes individuales con el LAT porque la densidad de las fuentes de rayos gamma es muy alta y el resplandor difuso es más brillante en el centro galáctico".
Restos de estrellas antiguas
El nuevo estudio lleva los análisis anteriores al siguiente nivel, demostrando que la señal de rayos gamma moteada es consistente con los pulsares.
"Considerando que alrededor del 70 por ciento de todas las fuentes puntuales en la Vía Láctea son púlsares, fueron los candidatos más probables", dijo Di Mauro. “Pero usamos una de sus propiedades físicas para llegar a nuestra conclusión. Los pulsos tienen espectros muy distintos, es decir, sus emisiones varían de una manera específica con la energía de los rayos gamma que emiten. Usando la forma de estos espectros, pudimos modelar el resplandor del centro galáctico correctamente con una población de unos 1.000 pulsares y sin introducir procesos que involucren partículas de materia oscura".
El equipo ahora está planeando estudios de seguimiento con radiotelescopios para determinar si las fuentes identificadas están emitiendo su luz como una serie de breves pulsos de luz, la marca registrada que da a los púlsares su nombre.
Descubrimientos en el halo de estrellas alrededor del centro de la galaxia, la parte más antigua de la Vía Láctea, también revelan detalles sobre la evolución de Nuestra casa galáctica, al igual que los restos antiguos enseñan a los arqueólogos sobre la historia humana.
“Los pulsares aislados tienen una vida típica de 10 millones de años, que es mucho más corto que la edad de las estrellas más antiguas cerca del centro galáctico", dijo Charles. "El hecho de que aún podamos ver los rayos gamma de la población de púlsares identificados hoy sugiere que los pulsares están en sistemas binarios con estrellas compañeras, de las que lixivian energía.Esto prolonga la vida de los púlsares tremendamente."
La materia oscura sigue siendo esquiva
Los nuevos resultados se suman a otros datos que desafían la interpretación del exceso de rayos gamma como una señal de materia oscura.
"Si la señal fuera debida a la materia oscura, se esperaría Para verlo también en los centros de otras galaxias ", dice Digel. “La señal debe ser particularmente clara en galaxias enanas orbitando la Vía Láctea. Estas galaxias tienen muy pocas estrellas, típicamente no tienen púlsares y se mantienen juntas porque tienen mucha materia oscura. Sin embargo, no vemos ninguna emisión de rayos gamma significativa de ellos".
Los investigadores creen que un resplandor de rayos gamma fuerte recientemente descubierto en el centro de la galaxia de Andrómeda, la mayor galaxia más cercana a la Vía Láctea, también puede ser causado Por pulsares en lugar de materia oscura.
Pero la última palabra puede no haber sido pronunciada. Aunque el equipo de Fermi-LAT estudió una gran área de 40 grados por 40 grados alrededor del centro galáctico de la Vía Láctea (el diámetro de la luna llena es aproximadamente medio grado), la extremadamente alta densidad de fuentes en los cuatro grados más internos hace que sea muy Difícil ver a los individuos y descartar una distribución de rayos gamma lisa, de materia oscura, dejando un espacio limitado para que las señales de materia oscura se oculten.
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Según la colaboración de Fermi LAT, el excesivo resplandor de rayos gamma de la galaxia proviene probablemente de los pulsares, los restos de estrellas antiguas colapsadas.
Por Manuel Gnida Mayo/02 de 2017
Un fulgor misterioso de rayos gamma en el centro de la Vía Láctea es muy probablemente causado por púlsares, los núcleos increíblemente densos y rápidamente giratorios de estrellas antiguas derrumbadas que eran hasta 30 veces más masivas que el sol.
Esa es la conclusión de un nuevo análisis de un equipo internacional de astrofísicos sobre la colaboración de Fermi LAT. Los resultados ponen en duda las interpretaciones anteriores de la señal como un signo potencial de la materia oscura, una forma de materia que representa el 85 por ciento de toda la materia en el universo, pero que hasta ahora ha evitado la detección.
“Nuestro estudio demuestra que no necesitamos materia oscura para entender las emisiones de rayos gamma de nuestra galaxia", dice Mattia Di Mauro, del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas, un instituto conjunto de la Universidad de Stanford y el Departamento de Energía de EE.UU. SLAC Laboratorio Nacional de Aceleradores. “En cambio, hemos identificado una población de púlsares en la región alrededor del centro galáctico, que arroja nueva luz sobre la historia de formación de la Vía Láctea".
Di Mauro dirigió el análisis, que observó el resplandor con el Telescopio de Área Grande en el Telescopio Espacial de Rayos Gamma de la NASA, que ha estado orbitando la Tierra desde 2008. El LAT, un "ojo" sensible para los rayos gamma, la forma más enérgica de , Fue concebido y montado en SLAC, que también alberga su centro de operaciones.
Los hallazgos de la colaboración, presentados a The Astrophysical Journal para su publicación, están disponibles como preprint.
Un resplandor misterioso
La materia oscura es uno de los misterios más grandes de la física moderna. Los investigadores saben que la materia oscura existe porque dobla la luz de galaxias distantes y afecta cómo las galaxias giran. Pero no saben de qué está hecha la sustancia. La mayoría de los científicos creen que está compuesta de partículas aún no descubiertas que casi nunca interactúan con la materia regular, excepto por la gravedad, por lo que es muy difícil detectarlos.
Una forma en que los instrumentos científicos pueden captar una visión de las partículas de materia oscura es cuando las partículas se desintegran o chocan y se destruyen entre sí. “Las teorías ampliamente estudiadas predicen que estos procesos producirían rayos gamma", dijo Seth Digel, jefe del grupo Fermi de KIPAC. "Buscamos esta radiación con el LAT en regiones del universo que son ricas en materia oscura, como el centro de nuestra galaxia".
Estudios previos han demostrado que hay más rayos gamma procedentes del centro galáctico de lo esperado, alimentando algunos artículos científicos e informes de los medios de comunicación que sugieren que la señal podría sugerir partículas de materia oscura largamente buscadas. Sin embargo, los rayos gamma se producen en un número de otros procesos cósmicos, que deben ser descartados antes de cualquier conclusión sobre la materia oscura se puede dibujar. Esto es particularmente difícil porque el centro galáctico es extremadamente complejo y los astrofísicos no conocen todos los detalles de lo que está sucediendo en esa región.
La mayoría de los rayos gamma de la Vía Láctea se originan en el gas entre las estrellas iluminado por los rayos cósmicos, partículas cargadas producidas en poderosas explosiones de estrellas llamadas supernovas. Esto crea un brillo difuso de rayos gamma que se extiende por toda la galaxia. Los rayos gamma también son producidos por restos de supernova, púlsares-estrellas colapsadas que emiten "rayos" de rayos gamma como faros cósmicos-y objetos más exóticos que aparecen como puntos de luz.
"Dos estudios recientes realizados por equipos en los Estados Unidos y los Países Bajos han demostrado que el exceso de rayos gamma en el centro galáctico está manchado, no liso como se esperaría para una señal de materia oscura", dijo Eric Charles de KIPAC, que contribuyó a la nueva análisis. “Esos resultados sugieren que las manchas pueden ser debidas a fuentes puntuales que no podemos ver como fuentes individuales con el LAT porque la densidad de las fuentes de rayos gamma es muy alta y el resplandor difuso es más brillante en el centro galáctico".
Restos de estrellas antiguas
El nuevo estudio lleva los análisis anteriores al siguiente nivel, demostrando que la señal de rayos gamma moteada es consistente con los pulsares.
"Considerando que alrededor del 70 por ciento de todas las fuentes puntuales en la Vía Láctea son púlsares, fueron los candidatos más probables", dijo Di Mauro. “Pero usamos una de sus propiedades físicas para llegar a nuestra conclusión. Los pulsos tienen espectros muy distintos, es decir, sus emisiones varían de una manera específica con la energía de los rayos gamma que emiten. Usando la forma de estos espectros, pudimos modelar el resplandor del centro galáctico correctamente con una población de unos 1.000 pulsares y sin introducir procesos que involucren partículas de materia oscura".
El equipo ahora está planeando estudios de seguimiento con radiotelescopios para determinar si las fuentes identificadas están emitiendo su luz como una serie de breves pulsos de luz, la marca registrada que da a los púlsares su nombre.
Descubrimientos en el halo de estrellas alrededor del centro de la galaxia, la parte más antigua de la Vía Láctea, también revelan detalles sobre la evolución de Nuestra casa galáctica, al igual que los restos antiguos enseñan a los arqueólogos sobre la historia humana.
“Los pulsares aislados tienen una vida típica de 10 millones de años, que es mucho más corto que la edad de las estrellas más antiguas cerca del centro galáctico", dijo Charles. "El hecho de que aún podamos ver los rayos gamma de la población de púlsares identificados hoy sugiere que los pulsares están en sistemas binarios con estrellas compañeras, de las que lixivian energía.Esto prolonga la vida de los púlsares tremendamente."
La materia oscura sigue siendo esquiva
Los nuevos resultados se suman a otros datos que desafían la interpretación del exceso de rayos gamma como una señal de materia oscura.
"Si la señal fuera debida a la materia oscura, se esperaría Para verlo también en los centros de otras galaxias ", dice Digel. “La señal debe ser particularmente clara en galaxias enanas orbitando la Vía Láctea. Estas galaxias tienen muy pocas estrellas, típicamente no tienen púlsares y se mantienen juntas porque tienen mucha materia oscura. Sin embargo, no vemos ninguna emisión de rayos gamma significativa de ellos".
Los investigadores creen que un resplandor de rayos gamma fuerte recientemente descubierto en el centro de la galaxia de Andrómeda, la mayor galaxia más cercana a la Vía Láctea, también puede ser causado Por pulsares en lugar de materia oscura.
Pero la última palabra puede no haber sido pronunciada. Aunque el equipo de Fermi-LAT estudió una gran área de 40 grados por 40 grados alrededor del centro galáctico de la Vía Láctea (el diámetro de la luna llena es aproximadamente medio grado), la extremadamente alta densidad de fuentes en los cuatro grados más internos hace que sea muy Difícil ver a los individuos y descartar una distribución de rayos gamma lisa, de materia oscura, dejando un espacio limitado para que las señales de materia oscura se oculten.
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